第二章土壤有机质

1、第二章第二章 土壤有机质土壤有机质 矿物质 38%,(95- 98%) 有机质 12%,(20%20%的，有机质土壤；的，有机质土壤； 耕层土壤有机质含量耕层土壤有机质含量20%CO-CO2 2和和H H2 2OO，而，而NN、P P、S S等则等则 以矿质盐类释放出来。以矿质盐类释放出来。 在嫌气条件下在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解好氧微生物的活动受到抑制，分解 作用进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇作用进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇 等等中间产物中间产物。 在极端嫌气的情况下在极端嫌气的情况下，还产生还产生CHCH4 4、H H2 2等还原物质等还

2、原物质， 其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。 有机化合物分解的差异有机化合物分解的差异 单糖、淀粉和单糖、淀粉和 简单蛋白质简单蛋白质 粗蛋白质粗蛋白质 纤维素纤维素 脂肪、蜡质脂肪、蜡质 木质素、酚类化合物木质素、酚类化合物 有有 机机 质质 分分 解解 由由 易易 而而 难难 的的 递递 进进 半纤维素半纤维素 二、植物残体的分解和转化二、植物残体的分解和转化 植物残体在土壤中的分解过程植物残体在土壤中的分解过程 可分为两个阶段：可分为两个阶段： 第一阶段：快速矿化，第一阶段：快速矿化，易分解组分；易分解组分； 第二阶段：缓慢分解，第二阶段

3、：缓慢分解，难分解组分。难分解组分。 据估计，有机残体经一年降解后，据估计，有机残体经一年降解后，2/3以上的有机质以以上的有机质以CO2形式形式 释放而损失，残留的有机质不到释放而损失，残留的有机质不到1/3，其中土壤微生物量占，其中土壤微生物量占3- 8%；多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖物质占；多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖物质占3-8%；腐殖；腐殖 物质占物质占10-30%。 根系年残留量比地上部分稍高。根系年残留量比地上部分稍高。 三、土壤腐殖物质的分解和转化三、土壤腐殖物质的分解和转化 腐殖物质的分解转化经历腐殖物质的分解转化经历3个阶段：个阶段： 第一阶段：第一阶段：腐殖物质经

4、物理、化学和生物降解，使芳腐殖物质经物理、化学和生物降解，使芳 香结构核心与其复合的简单有机物分离或使整个复合体香结构核心与其复合的简单有机物分离或使整个复合体 解体解体； 第二阶段：第二阶段：释放的简单有机物质被分解转化，酚类聚合释放的简单有机物质被分解转化，酚类聚合 物被氧化；物被氧化； 第三阶段：第三阶段：脂肪酸被分解，被释放的芳香族化合物参与脂肪酸被分解，被释放的芳香族化合物参与 新腐殖质的形成。新腐殖质的形成。 四、影响土壤有机质分解和转化的因素四、影响土壤有机质分解和转化的因素 （一）温度（一）温度 （二）土壤的水分和通气状况（二）土壤的水分和通气状况 （三）有机残体的特性（三）有

5、机残体的特性 （四）土壤特性（四）土壤特性 （一）温度（一）温度 微生物活动响应于温度变化 无分解：0 ； 分解随温度而加强：0-35 ； 升温10 ，分解速率提高23倍； 最适分解温度：2535 微生物适宜的含水量 0.3MPa, 分解迅速降低； 4MPa, only fungi 频繁的干湿交替，强烈促频繁的干湿交替，强烈促 进分解。进分解。 （二）土壤的水分和通气状况（二）土壤的水分和通气状况 通气良好：好气微生物活跃，好气分解，速度快， 分解完全，矿化率高，中间产物累积少，利于植 物吸收利用，不利于土壤有机质的累积和保存。 通气不良：嫌气微生物活动旺盛，分解慢，不完 全，矿化率低，中间产

6、物容易积累，产生有毒还 原气体，利于有机质积累和保存。 通气过盛和过差，都对土壤肥力不利。必须好气和嫌气分通气过盛和过差，都对土壤肥力不利。必须好气和嫌气分 解配合，既保持适当的有机质水平，又有足够的有效养分。解配合，既保持适当的有机质水平，又有足够的有效养分。 调节土壤通气状况，是提高土壤肥力的方法之一。调节土壤通气状况，是提高土壤肥力的方法之一。 1、有机残体的物理状态： （三）有机残体的特性（三）有机残体的特性 新鲜程度 破碎程度 紧实程度 一般情况下，多汁幼嫩新鲜的绿肥易分解。一般情况下，多汁幼嫩新鲜的绿肥易分解。 3、有机残体的碳氮比： 用C/N 表示。 微生物吸收1份氮，就要吸收5

7、份碳 用于构成自身细胞，同时要消耗20份碳作为生命活 动的能量。微生物分解需有机质的C/N为25：1。 2、有机残体的化学成分： 一般情况下，阔叶比针叶快；叶片比残根快，豆科比 禾本科快。 C/N C/N降至大约降至大约2525：1 1以下，微生物不再利用土壤以下，微生物不再利用土壤 中的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放中的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放 矿质态氮，矿质态氮， 表 2-2 一些有机物质的碳、氮含量及其 C/N 比 有机物质C%N%C/N 云杉锯屑 硬木锯屑 小麦秸秆 玉米禾茎 甘蔗渣 黑麦草（开花期） 草坪禾草 黑麦草（营养期） 成熟苜蓿干草 腐烂畜肥 堆肥

8、嫩苜蓿干草 毛叶苕子 城市淤泥 土壤微生物 细菌 放线菌 真菌 土壤有机质 软土 Ap 层 老成土 A1 平均 B 层 50 46 38 40 40 40 40 40 40 41 40 40 40 31 50 50 50 56 52 46 0.05 0.1 0.5 0.7 0.8 1.1 1.3 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0 3.5 4.5 10.0 8.5 5.0 4.9 2.3 5.1 600/1 400/1 80/1 57/1 50/1 37/1 31/1 26/1 25/1 20/1 16/1 13/1 11/1 7/1 5/1 6/1 10/1 11/1 23/1 9/1

9、（四）土壤特性（四）土壤特性 土壤质地：土壤质地：粘质和粉砂质土壤通常比砂质土壤含有 更多的有机质。砂质土壤较利于有机质分解，粘粒 对有机质有保护作用，粘粒-腐殖质复合体可保护有 机质免受分解。 土壤土壤pH值：值：各种微生物具有其最适宜的pH值范围， 中性土壤有利于有机质矿化，酸性土壤补钙-施石灰 等于施肥。改良过酸过碱的土壤，对促进有机质的 矿化有显著效果。 有机质的粘粒保护作用 东海县SOC(g/kg)&0.01mm y = 0.0084x + 2.5683 R2 = 0.8133 0 2 4 6 8 10 12 02004006008001000 10 10 粒状粒状 （三）腐殖酸的分

10、子结构特征（三）腐殖酸的分子结构特征 HAHA的的3D3D优化结构模型优化结构模型 （四）腐殖质的稳定性与变异性（四）腐殖质的稳定性与变异性 1 1、稳定性、稳定性 在温带条件下，一般植物残体的在温带条件下，一般植物残体的半分解周期半分解周期少少 于于3 3个月，植物残体形成的新的有机质的个月，植物残体形成的新的有机质的半分半分 解期解期为为4.7-94.7-9年，而胡敏酸的年，而胡敏酸的平均停留平均停留时间为时间为 780-3000780-3000年，富里酸的年，富里酸的平均停留平均停留为为200-630200-630年。年。 2 2、腐殖质的变异性、腐殖质的变异性 HA/FAHA/FA值值

11、* * * *：表示胡敏酸与富里酸含量的比值表示胡敏酸与富里酸含量的比值。 是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。 一般我国一般我国北方北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的土的土壤，特别干旱区与半干旱区的土 壤腐殖质以胡敏酸为主，壤腐殖质以胡敏酸为主，HA/FAHA/FA比大于比大于1.01.0 而在温暖潮湿的而在温暖潮湿的南方南方的酸性土壤中，土壤中以富里的酸性土壤中，土壤中以富里 酸为主，酸为主，HA/FAHA/FA比一般小于比一般小于1 1. . 在同一地区，在同一地区，水稻土水稻土的腐殖质的的腐殖质的HA/FA HA/FA 比比大于旱地大于旱地。 在同一地

12、区，在同一地区，熟化程度高熟化程度高的土壤的的土壤的HA/FAHA/FA比较高比较高。 第四节第四节 土壤有机质的作用及管理土壤有机质的作用及管理 （一）提供植物需要的养分（一）提供植物需要的养分 碳素营养：碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年 释放的释放的COCO2 2达达1.351.35101011 11吨，相当于陆地植物的需要量； 吨，相当于陆地植物的需要量； 氮素营养：氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%； 磷素营养：磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%； 其他

13、营养：其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。等营养元素。 一、有机质在土壤肥力上的作用一、有机质在土壤肥力上的作用 （二）改善土壤肥力特性（二）改善土壤肥力特性 1 1、物理性质、物理性质： 促进良好结构体形成；促进良好结构体形成；降低土壤粘性，改善土壤耕性；降低土壤粘性，改善土壤耕性； 降低土壤砂性，提高保蓄性；降低土壤砂性，提高保蓄性；促进土壤升温。促进土壤升温。 2 2、化学性质、化学性质： 影响土壤的表面性质；影响土壤的表面性质；影响土壤的电荷性质，影响土壤的电荷性质，影响土壤影响土壤 保肥性；保肥性；影响土壤的络合性质；影响土壤的络合性质；影响土壤缓冲性。影响土壤

14、缓冲性。 3 3、生物性质、生物性质： 影响根系的生长；影响根系的生长；影响植物的抗旱性；影响植物的抗旱性；影响植物的物质影响植物的物质 合成与运输；合成与运输；土壤生物的食源。土壤生物的食源。 （一）有机质与重金属离子的作用（一）有机质与重金属离子的作用 腐殖酸是重金属离子的络合剂。以腐殖酸是重金属离子的络合剂。以Cr3+为例。为例。 （二）有机物质对农药等有机污染物的固定作用（二）有机物质对农药等有机污染物的固定作用 （三（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响土壤有机质对全球碳平衡的影响 二、有机质在生态环境上的作用二、有机质在生态环境上的作用 一个碳原子的旅程一个碳原子的旅程 据Garrel

15、s等（1975)计算： 在大气圈中停留4年； 在生物圈中停留11年； 在海洋上层水域停留385年； 在深海中停留10万年； 在地壳中停留3.42108 碳素转化模型 以CENTURY模型为例 土壤有机质（碳）的动态平衡土壤有机质（碳）的动态平衡 土壤有机质含土壤有机质含 量并非可以无量并非可以无 限提高，在稳限提高，在稳 定的生态系统定的生态系统 中最终达到一中最终达到一 个稳定值。个稳定值。 三、土壤有机质的管理三、土壤有机质的管理 $如何提高土壤有机质含量？如何提高土壤有机质含量？ 坚持两个原则坚持两个原则 平衡原则平衡原则 经济原则经济原则 土壤有机质的含量决定于年生成量和年矿化量 的相

16、对大小。 两者相等：有机质含量保持不变； 生成量矿化量：有机质含量增加； 生成量矿化量：有机质含量降低。 （1) 1)合理耕作制度（退化或熟化）合理耕作制度（退化或熟化） 合理的耕作制度可促进土壤有机质含量的合理的耕作制度可促进土壤有机质含量的 提高并维持较高的水平。提高并维持较高的水平。 提高有机质含量的措提高有机质含量的措 施施 1、坚持补充新的有机质、坚持补充新的有机质 主要的有机肥源包括：主要的有机肥源包括： 绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕 沙、鱼肥、河泥、塘泥沙、鱼肥、河泥、塘泥； 有机、无机肥料配合施用有机、无机肥料配合施用 （2 2）

17、施用有机肥）施用有机肥 （3 3）种植绿肥）种植绿肥 田菁 紫云英 紫花苜蓿等 休闲绿肥、套作绿肥 养用结合：因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合 （4 4）秸秆还田）秸秆还田 迅速提高土壤有机质的有效措施； 促进土壤结构形成，保存氮素，促进难溶性养 分溶解，比用腐熟的有机肥有更好的效果。 要注意秸秆的C/N比、破碎度、埋压深度以及 土壤墒情、播种期远近、化肥施用量等 2、调节土壤有机质的积累和分解、调节土壤有机质的积累和分解 调节土壤水、气、热状况，控制有机 质的转化； 合理的耕作和轮作； 调节碳氮比率和土壤酸碱度。 腐殖化系数腐殖化系数：每克有机质（干重）施入土壤1年后， 所能分解转化成

18、腐殖质的克数（干重）。 通常在 0.2-0.5之间。同一物质的腐殖化系数，因不同的生 物、气候条件、土壤组成性质及耕作等条件而有差 别。 水田较旱地高 木质化程度高的腐殖化系数高 粘重土壤高于轻质土壤 表2-5 中国不同地区耕地土壤中有机物质的腐殖化系数 东北地区华北地区江南地区华南地区 作物秸杆 作物根 绿肥 厩肥 范围 平均 范围 平均 范围 平均 范围 平均 0.26-0.65 0.42 (9) 0.30-0.96 0.60 (5) 0.16-0.43 0.28(14) 0.28-0.72 0.46(11) 0.17-0.37 0.26(33) 0.19-0.58 0.40(14) 0.

19、13-0.37 0.21(46) 0.28-0.53 0.40(21) 0.15-0.28 0.21(53) 0.31-0.51 0.40(54) 0.16-0.37 0.24(33) 0.30-0.63 0.40(38) 0.19-0.43 0.34(18) 0.32-0.51 0.38(14) 0.16-0.33 0.23(31) 0.20-0.52 0.31(8) 矿化率：每年因矿质化而消耗的有机质量占土 壤有机质总量的百分数。 土壤有机质的年矿 化量受生物、气候条件、水热状况、耕作措施 等因素的影响。 冷凉地区低于温湿地区 山区低于丘陵平川 水田低于旱地 粘重土壤低于轻质土壤 激发作用

20、激发作用* * *（ Priming effect)：土壤中加入新鲜 有机物质会促进土壤原有有机质的降解，这种 作用称之激发作用激发作用。 激发效应可以是正、也可以是负。 土壤有机质概述土壤有机质概述 1 1了解不同地带土壤有机质含量的差异及其影响因素。了解不同地带土壤有机质含量的差异及其影响因素。 2 2了解自然土壤与耕作土壤有机质来源的异同。了解自然土壤与耕作土壤有机质来源的异同。 3 3掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念，二者有何异同。掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念，二者有何异同。 4 4熟悉土壤有机质的基本组成，包括化学组成、化合物组成和形态熟悉土壤有机质的基本组成，包括化学组成、化合物组

21、成和形态 特征特征。 土壤有机质的转化土壤有机质的转化 1 1了解土壤有机质的分解和转化过程及产物，重点掌握影响转化因了解土壤有机质的分解和转化过程及产物，重点掌握影响转化因 素中的素中的C/NC/N的详细内容和基本原理。的详细内容和基本原理。 2 2理解影响有机物质在土壤中转化的推动力是微生物的含义。理解影响有机物质在土壤中转化的推动力是微生物的含义。 土壤腐殖质的形成土壤腐殖质的形成 1 1了解腐殖质形成过程的了解腐殖质形成过程的3 3个阶段的内容及相互关系，组成土壤腐个阶段的内容及相互关系，组成土壤腐 殖质最基本的物质有哪些？殖质最基本的物质有哪些？ 2 2掌握土壤腐殖质的组分、所带功能

22、团对各组分性质产生的影响掌握土壤腐殖质的组分、所带功能团对各组分性质产生的影响。 掌握土壤有机质对土壤肥力、农作物产量、品质以及环境保护所产掌握土壤有机质对土壤肥力、农作物产量、品质以及环境保护所产 生的影响。生的影响。 了解提高土壤有机质的原则和途径，以及为什么一再强调增施有机了解提高土壤有机质的原则和途径，以及为什么一再强调增施有机 肥以培肥土壤的科学道理。肥以培肥土壤的科学道理。 【本章小结【本章小结】 1. 1. 土壤有机质土壤有机质 2.2.土壤腐殖质土壤腐殖质 3. 3. 矿化作用矿化作用 4. 4. 腐殖化作腐殖化作 用用 7. 7. 腐殖化系数腐殖化系数 8. C/N 9. 8. C/N 9. 腐殖酸腐殖酸 10. 10. 褐腐酸褐腐酸 11. 11. 黄黄 腐酸腐酸 12. 12. 激发效应激发效应 1. 1. 什么叫土壤有机质什么叫土壤有机质?